Levantamiento por bombas de varilla
Constan de cilindros largos y delgados con elementos móviles y fijos en su interior. La bomba está diseñada para ser insertada dentro del tubo de extracción del pozo y su principal función es la de acumular los fluidos desde abajo y levantarlos hacia la superficie. Sus principales componentes son: la tubería de Producción, válvulas y pistón (de recorrido y fijación). Tienen otros 18 o 30 componentes, a los cuales se les denomina complementarios o de ajuste.
Cada parte de la bomba, es importante para el correcto funcionamiento del sistema. Las partes más comunes, se describen a continuación.
• - Motor: Es el encargado de suministrar la energía necesaria a la unidad de bombeo para levantar los fluidos de pozo. Dichos motores pueden ser de combustión interna o eléctricos.
• - Caja de engranaje: Se utiliza para convertir energía del momento de rotación, sometidas a altas velocidades del motor primario, a energía de momento de rotación alto de baja velocidad. La máquina motriz se conecta al reductor de velocidad (caja de engranaje) mediante correa. El reductor de velocidad puede ser: Simple, doble o triple. La reductora doble es la más usada.
• - Manivela: Es la responsable de trasmitir el movimiento de la caja de engranaje o transmisión a la biela del balancín, que está unida a ellos por pines sujetos al eje de baja velocidad de la caja de engranajes y cada una de ellas tienen un número igual de orificios, los cuales representan una determinada carrera del balancín, en ellos se colocan los pines de sujeción de las bielas. El cambio de pines de un hueco a otro se llama cambio de tiro.
• - Pesas o contrapeso: Se utiliza para equilibrar las fuerzas desiguales que se originan sobre el motor durante a las carreras ascendente y descendente del balancín a fin de reducir la potencia máxima efectiva y el momento de rotación. Estas pesas generalmente, se colocan en la manivela y en algunas unidades sobre la viga principal, en el extremo opuesto el cabezote.
• - Prensa estopa: Consiste en una cámara cilíndrica que contienen los elementos de empaque que se ajustan a la barra pulida permitiendo sellar el espacio existente entre la barra pulida y la tubería de producción, para evitar el derrama de crudo producido.
• - Unidad de bombeo: Su función principal es proporcionar el movimiento reciprocante apropiado, con el propósito de accionar la sarta de cabilla y estas, la bomba de subsuelo. Mediante la acción de correas y engranajes se logra reducir las velocidades de rotación.
El equipo de subsuelo es el que constituye la parte fundamental de todo el sistema de bombeo. La API ha certificado las cabillas, las tuberías de producción y bomba de subsuelo.
• - Tubería de Producción: La tubería de producción tiene por objeto conducir el fluido que se está bombeando desde el fondo del pozo hasta la superficie. En cuanto a la resistencia, generalmente la tubería de producción es menos crítica debido a que las presiones del pozo se han reducido considerablemente para el momento en que el pozo es condicionado para bombear.
• - Cabillas o Varillas de Succión: La sarta de cabillas es el enlace entre la unidad de bombeo instalada en superficie y la bomba de subsuelo. Las principales funciones de las mismas en el sistema de bombeo mecánico son: transferir energía, soportar las cargas y accionar la bomba de subsuelo.
• - Anclas de Tubería: Este tipo está diseñado para ser utilizados en pozos con el propósito de eliminar el estiramiento y compresión de la tubería de producción, lo cual roza la sarta de cabillas y ocasiona el desgaste de ambos. Normalmente se utiliza en pozos de alta profundidad. Se instala en la tubería de producción, siendo éste el que absorbe la carga de la tubería. Las guías de cabillas son acopladas sobre las cabillas a diferentes profundidades, dependiendo de la curvatura y de las ocurrencias anteriores de un elevado desgaste de tubería.
• - Bomba de Subsuelo: Es un equipo de desplazamiento positivo (reciprocante), la cual es accionada por la sarta de cabillas desde la superficie. Los componentes básicos de la bomba de subsuelo son simples, pero construidos con gran precisión para asegurar el intercambio de presión y volumen a través de sus válvulas. Los principales componentes son: el barril o camisa, pistón o émbolo, 2 o 3 válvulas con sus asientos y jaulas o retenedores de válvulas.
• - Pistón: Su función en el sistema es bombear de manera indefinida. Está compuesto básicamente por anillos sellos especiales y un lubricante especial. El rango de operación se encuentra en los 10K lpc y una temperatura no mayor a los 500 °F.
Es el primer elemento que se debe considerar al diseñar una instalación de bombeo mecánico para un pozo, ya que del tipo, tamaño y ubicación de la bomba depende el resto de los componentes. Es una bomba de desplazamiento positivo.
Son bombas resistentes en su construcción y simples en su diseño. El barril se conecta directamente a la tubería y la sarta de varillas se conecta directamente al pistón. En la parte inferior del barril se ubica un niple de asiento, que alojará la válvula fija. Una de las posibilidades es bajar la válvula fija con un pescador acoplado a la parte inferior del pistón, hasta fijarla al niple. Luego el pistón se libera de la válvula fija, rotándolo en sentido contrario a las agujas del reloj. La bomba TH provee el máximo desplazamiento de fluido para una determinada cañería de producción, el diámetro del pistón es ligeramente menor que el diámetro interno del tubería. De estructura robusta, el barril de pared gruesa está conectado directamente al tubería por un niple. Las varillas se conectan directamente a la jaula superior del pistón, eliminando la necesidad de usar vástago. Las ventajas de esta bomba la hacen una de las más utilizadas por los productores en pozos que no requieren frecuentes intervenciones.
Como factores limitativos se puede señalar que: Para cambiar el barril hay que sacar todo el tubing. No es lo más aconsejable para pozos con gas, ya que tiene un gran espacio nocivo debido al pescador de la válvula fija, lo que en este caso reduce la eficiencia de la bomba. Los grandes volúmenes desplazados hacen que las cargas en las varillas y el equipo de bombeo sean muy importantes. Estas cargas también provocan grandes estiramientos de tubing y varillas con consecuencias en la carrera efectiva de la bomba.
Su característica principal es que se fijan a la tubería mediante un sistema de anclaje, por lo cual para retirarlas del pozo no es necesario sacar el tubing, ahorrando en esta operación, más del 50 % de tiempo. Para su instalación, se debe colocar en la tubería un elemento de fijación denominado niple de asiento. Posteriormente se baja la bomba mediante la sarta de varillas, hasta que el anclaje de la bomba se fija al asiento, quedando ésta en condiciones de operar. El uso ampliamente difundido de estas bombas ha llevado al diseño de una gran variedad de opciones en bombas insertables, entre otras:.
La particularidad de esta bomba es que el elemento móvil es el barril con su válvula, en lugar del pistón. En este caso, el pistón está anclado al asiento mediante un tubo hueco denominado tubo de tiro. Las válvulas fija y móvil están ubicadas en la parte superior del pistón y del barril respectivamente. El movimiento del barril, en su carrera ascendente y descendente, mantiene la turbulencia del fluido hasta el niple de asiento, imposibilitando que la arena se deposite alrededor de la bomba aprisionándola contra la tubería. Al tener la válvula móvil en la jaula superior del barril, en caso de pararse el pozo por alguna causa, la válvula se cerrará impidiendo el asentamiento de la arena dentro de la bomba, lo cual es de suma importancia ya que sólo una pequeña cantidad de arena depositada sobre el pistón es suficiente para que éste se aprisione al barril cuando la bomba se ponga en marcha nuevamente.